一种棱镜、虚拟现实以及增强现实光学显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种棱镜，用于设置在像源和观看者之间，像源发出的光线经由棱镜进入到观看者眼中，此棱镜包括：第一表面、第二表面及第三表面，所述第一、第二、第三表面两两相交；第一表面设置在靠近观看者的一侧，第三表面设置在靠近像源的一侧；像源发出的光线入射至第三表面，由第三表面透射至第一表面，经过第一表面全反射后，入射至第二表面，经过第二表面的反射后，再次入射至第一表面，并由第一表面透射出去，进入到观看者眼中，其中：第一表面透射出去的光线对应的第一视角度数的绝对值与第二视角度数的绝对值不相等。本实用新型专利技术提供的棱镜和虚拟现实以及增强现实光学显示装置，具有体积小重量轻，有效降低视觉疲劳，提升舒适度等优点。

Prism, virtual reality and augmented reality optical display device

The utility model provides a prism is arranged between the source and the like for the viewer, like the light source through the prism into the eye of the beholder, the prism includes a first surface, a second surface and a three surface, wherein the first, second, third 22 surface intersection; the first surface is arranged near the viewer one side, the third surface is arranged near the side of the image source; like the light incident to the third surface from the source, from the third to the first surface of the transmission surface, after the first total reflection surface after the incident to the second surface, after second surface reflection after the incident once again to the first surface, and away from the first surface transmission, enter to the eye of the beholder, including: the absolute and the second degree angle absolute value is not equal to the value of the first light transmission surface corresponding to the first degree angle out of the. The prism provided by the utility model, the virtual reality and the augmented reality optical display device have the advantages of small size, light weight, effectively reducing visual fatigue, and improving comfort, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种棱镜、虚拟现实以及增强现实光学显示装置
本技术属于虚拟现实成像光学
，尤其涉及一种棱镜、虚拟现实以及增强现实光学显示装置。
技术介绍
随着现代技术的发展，虚拟现实(VR)/增强现实(AR)显示相关技术也得到了飞速发展，但是作为二者重要组成部分的光学显示装置，体积却十分笨重，体验感较差，使得多数人仅仅作为尝鲜体验，最主要还是在军事及实验室内，始终无法真正面向消费电子市场。轻量化和便携性是现代设计光学显示装置的主要方向，也是难点。传统光路很难保证显示效果的同时，兼顾轻量与便携，所以很多新颖的光学系统提出解决该问题。棱镜作为一种新型的光学系统，采用的是离轴光学系统的设计，可以对光轴进行折叠，并且使用自由曲面可以大幅降低因为光路离轴产生的大像差，单个元件集成了传统多片式透镜才能实现的光学质量，其在小型化，轻量化方面具有先天优势，越来越受到人们的关注。因此，将棱镜应用到AR、VR设备上来实现AR、VR设备小型化和轻量化已经成为了研发热点。但是目前的AR、VR设备的设计思路多数都是采用望远镜和显微镜目镜的光学设计方式，将人眼的视角中心集中在虚拟图像的中心，使人眼的注意力会集中在虚拟图像的显示区域，但从生理的角度上，这样并不符合人眼常规视觉感受，会增加人眼观看的疲劳感与眩晕感。因此，将棱镜应用到AR、VR设备上实现设备的小型化、轻量化的同时，能够改善用户体验，有效减轻人眼观看疲劳及眩晕感是亟需解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供一种棱镜和虚拟现实以及增强现实光学显示装置，具有体积小重量轻，采用更适合人眼单眼观看习惯的不对称视觉角度，有效降低视觉疲劳，提升舒适度的优点。本技术提供一种棱镜，所述棱镜用于设置在像源和观看者之间，所述像源发出的光线经由所述棱镜进入到所述观看者眼中，所述棱镜包括：第一表面、第二表面及第三表面，所述第一、第二、第三表面两两相交；所述第一表面设置在靠近所述观看者的一侧，所述第三表面设置在靠近所述像源的一侧；所述像源发出的光线入射至所述第三表面，由所述第三表面透射至所述第一表面，经过所述第一表面全反射后，入射至所述第二表面，经过所述第二表面的反射后，再次入射至所述第一表面，并由所述第一表面透射出去，进入到所述观看者眼中，其中：所述第一表面透射出去的光线对应的第一视角度数的绝对值与第二视角度数的绝对值不相等；其中，所述第一视角为所述第一表面透射出去的光线中的上边缘光线与第一方向的夹角，所述第二视角为所述第一表面透射出去的光线中的下边缘光线与第一方向的夹角，所述第一方向为所述观看者人眼瞳孔的正前垂直方向。优选的，所述第二视角度数的绝对值大于所述第一视角度数的绝对值。优选的，所述第一视角度数的绝对值和所述第二视角度数的绝对值的差值为5～20度。优选的，所述第一表面与所述第二表面的第一夹角小于等于40度。优选的，所述第一表面与所述第二表面的第一夹角为25～40度。优选的，所述第一表面的第一切平面与竖直方向的第二夹角为-15度～15度，其中，所述第一切平面经过所述第一表面和第二表面的交线在第一坐标平面内的交点，所述第一坐标平面为垂直于水平方向和竖直方向的平面。优选的，所述棱镜在预设空间频率内的极限MTF值大于等于0.1。优选的，所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面为自由曲面、非球面或球面。优选的，所述第二表面的内表面镀设有全反射膜。优选的，所述第二表面的内表面镀设有透射光学膜和反射光学膜中的至少一种。本技术同时还提供一种虚拟现实光学显示装置和一种增强现实光学显示装置，包括显示屏和设置在显示屏上的棱镜，其中所述棱镜为本技术所提供的棱镜。本技术实施例技术方案的有益效果至少包括：本技术提供的棱镜和包括此棱镜的虚拟现实光学显示装置和增强现实光学显示装置，包括两两相交的第一表面、第二表面和第三表面，像源发出的光线最终从第一表面透射出去，进入到观看者眼中，此棱镜采用不对称视角设计，第一表面透射出去的光线对应的第一视角度数的绝对值与第二视角度数的绝对值不相等。一方面，将棱镜应用到虚拟现实光学显示装置和增强现实光学显示装置上能够实现装置的小型化和轻量化，另一方面，棱镜这种不对称视角的设计，可使得人眼观看的视角中心位于虚拟场景显示区域中心线以下，更适合人眼的生理要求和人眼单眼观看习惯，有效降低视觉疲劳，提升观看舒适度。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1为本技术实施例提供的一种棱镜；图2为本技术棱镜的第三表面S3俯视方向的俯视图的示意图；图3为本技术实施例一提供的一种棱镜的成像光路示意图；图4为本技术实施例一提供一种棱镜对应的MTF的示意图；图5为本技术实施例二提供的一种棱镜的成像光路示意图；图6为本技术实施例二提供一种棱镜对应的MTF的示意图；图7为本技术实施例三提供的一种棱镜的成像光路示意图；图8为本技术实施例三提供一种棱镜对应的MTF的示意图；具体实施方式为了使本技术所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白，以下结合说明书附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。首先需要说明的是，为了更好的说明本技术，首先将本技术及实施例中坐标系的规定为：将出瞳位置的中心设为此坐标系的坐标原点，以此坐标原点水平向右设置为Z轴方向，即Z轴方向为水平方向，垂直Z轴向上设置为Y轴方向，即Y轴方向为竖直方向，垂直YOZ平面纸面向里设置为X轴方向的右手坐标系。当然，建立了如上所述的坐标系仅为了便于描述本技术的内容，但本技术不限于此，本领域的技术人员可以理解的是，坐标系也可自行去定义，并不限定为如上所建立的坐标系。VR/AR等光学显示装置的光学系统中可采用棱镜，棱镜用于设置在像源(例如显示器)和观看者之间，像源发出的光线经由棱镜进入到观看者眼中。本技术提供一种可应用于VR/AR等光学显示装置的棱镜。如图1所示，图1为本技术提供的棱镜的横向切面图，此棱镜包括：第一表面S1、第二表面S2及第三表面S3，第一、第二、第三表面两两相交；第一表面S1设置在靠近观看者的一侧，第三表面S3设置在靠近像源的一侧；像源发出的光线入射至第三表面S3，由第三表面S3透射至第一表面S1，经过第一表面S1全反射后，入射至第二表面S2，经过第二表面S2的反射后，再次入射至第一表面S1，并由第一表面S1透射出去，进入到观看者眼中。如图1和图2所示，其中图2为本技术棱镜的第三表面S3俯视方向的俯视图，在本技术中，将第一表面S1透射出去的光线中的上边缘光线与第一方向的夹角定义为上视角a1；将第一表面S1透射出去的光线中的下边缘光线与第一方向的夹角定义为下视角a2，将第一表面S1透射出去的光线中的左边缘光线与第一方向的夹角定义为左视角a3；将第一表面S1透射出去的光线中的右边缘光线与第一方向的夹角定义为右视角a4，其中第一方向为观看者人眼瞳孔的正前垂直方向，即前述建本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种棱镜，所述棱镜用于设置在像源和观看者之间，所述像源发出的光线经由所述棱镜进入到所述观看者眼中，其特征在于，所述棱镜包括：第一表面、第二表面及第三表面，所述第一、第二、第三表面两两相交；所述第一表面设置在靠近所述观看者的一侧，所述第三表面设置在靠近所述像源的一侧；所述像源发出的光线入射至所述第三表面，由所述第三表面透射至所述第一表面，经过所述第一表面全反射后，入射至所述第二表面，经过所述第二表面的反射后，再次入射至所述第一表面，并由所述第一表面透射出去，进入到所述观看者眼中，其中：所述第一表面透射出去的光线对应的第一视角度数的绝对值与第二视角度数的绝对值不相等；其中，所述第一视角为所述第一表面透射出去的光线中的上边缘光线与第一方向的夹角，所述第二视角为所述第一表面透射出去的光线中的下边缘光线与第一方向的夹角，所述第一方向为所述观看者人眼瞳孔的正前垂直方向。

【技术特征摘要】
1.一种棱镜，所述棱镜用于设置在像源和观看者之间，所述像源发出的光线经由所述棱镜进入到所述观看者眼中，其特征在于，所述棱镜包括：第一表面、第二表面及第三表面，所述第一、第二、第三表面两两相交；所述第一表面设置在靠近所述观看者的一侧，所述第三表面设置在靠近所述像源的一侧；所述像源发出的光线入射至所述第三表面，由所述第三表面透射至所述第一表面，经过所述第一表面全反射后，入射至所述第二表面，经过所述第二表面的反射后，再次入射至所述第一表面，并由所述第一表面透射出去，进入到所述观看者眼中，其中：所述第一表面透射出去的光线对应的第一视角度数的绝对值与第二视角度数的绝对值不相等；其中，所述第一视角为所述第一表面透射出去的光线中的上边缘光线与第一方向的夹角，所述第二视角为所述第一表面透射出去的光线中的下边缘光线与第一方向的夹角，所述第一方向为所述观看者人眼瞳孔的正前垂直方向。2.如权利要求1所述的棱镜，其特征在于：所述第二视角度数的绝对值大于所述第一视角度数的绝对值。3.如权利要求2所述的棱镜，其特征在于：所述第一视角度数的绝对值和所述第二视角度数的绝对值的差值为5～20度。4.如权利要求3所述的棱镜，其特征在于：所述第一表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵喜，郭福忠，宋磊，左惟涵，
申请(专利权)人：深圳超多维科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44